电气工程及其自动化专业毕业设计.docx

1、电气工程及其自动化专业毕业设计绪论 1.第一章主接线方案确定 3.1.1电气主接线概述 3.1.2电气主接线方案拟定 7.第二章主要设备选择 1.02.1导线的选择 102.2变压器的选择 1.12.3给定发电机 13第三章 短路电流的计算 1.43.1短路电流计算的目的、步骤和规定 143.2短路电流的计算 15第四章电气一次设备的选择 304.1母线的选择 304.2断路器和隔离开关的选择 334.3互感器的选择 384.4设备布置图 40第五章厂用电设计 42第六章 变压器保护的配置 446.1变压器保护的配置原则 446.2变压器保护的配置整定 46结束语 53致谢 54参考文献 55

2、绪论1 、电压等级和电压制合理电压制中的“求三舍二”原则 。为避免各级电压送变电设备容量的 过多重复与供电面积的过多迭盖， 尽力降低电网线损及系统无功损耗， 以便有 效的发挥各级电压的应有作用， 从而取得良好的经济合理性， 各电压等级必须 服从 “求三舍二”原则，否则便不经济、也不合理，更谈不上“优化” 。所谓 “舍三求二”，是指标准系列或电网电压制中，各相邻级所差的倍数应力求接 近、等于或超过“ 3”，同时又要舍弃倍数接近或小于“ 2”的两级中的某一级。2.对电气主接线的基本要求，应满足可靠性、灵活性和经济性三方面。3.电气主接线设计原则 电气主接线设计的基本原则是以下达的设汁任务书为依据，

3、 以国家经济建 设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合实际情况，在保证供电可靠、 调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节约 投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性和可靠性，坚持可靠、先进、 适用、经济、美观的原则。4.电力系统继电保护的基本要求 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足 4 个基本要求，即选择性、 速动性、灵敏性和可靠性。5.变压器保护现代生产的变压器 ,虽然结构可靠 ,故障机会少 ,但在实际运行中 ,仍有可能 发生各种类型的故障和异常运行 ,为了保证电力系统安全稳定的运行 ,并将故障 和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围 ,必须根据变压

4、器容量的大小、 电压等级等因素装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置。变压器保护的配置原则：1）反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护容量 800KVA 及以上的油浸式变压器， 均应该装设瓦斯保护。 当油箱内部 故障产生轻微瓦斯或油面下降时， 保护装置应瞬时动作于信号； 当产生大量瓦 斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。2）相间短路保护 反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护。3）后备保护1过电流保护， 宜用于降压变压器， 保护装置的整定值应考虑事故时可能 出现的过电流。2复合电压启动的过电流保护， 宜用于升压变压器和系统联络变压器及过 电流保护不符合灵敏

5、性要求的降压变压器。3负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护，可用于 63000KVA及以上的升压变压器。4中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护5过负荷保护6过激磁保护6.毕业设计的任务和目的 任务：完成安康水电厂电气主接线的设计和变压器保护设计。目的：通过对题目的训练， 是学到的理论联系实际的综合训练， 培养综合 运用所学理论知识和基本技能、 解决工程实际及科学研究问题的能力； 培养创 新意识和能力。第一章 主接线方案确定1.1电气主接线概述1.1.1电气主接线设计原则和程序电气主接线是发电厂、 变电站设计的主体。 采用何种主接线形式， 与电力 系统原始资料， 发电厂

6、、 变电站本身运行的可靠性、 灵活性和经济性的要求等 密切相关，并且对电气设备选择、 配电装置布置、 继电保护和控制方式的拟订 都有较大的影响。 因此，主接线的设计必须根据电力系统、 发电厂或变电站的 具体情况，全面分析， 正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理地 选择主接线方案。一、对电气主接线的基本要求对主接线的要求，概括地说应满足可靠性、 灵活性和经济性三方面的要求。1.可靠性安全可靠是电力生产的首要任务， 保证供电可靠是电气主接线最基本的要 求。停电不仅给发电厂造成损失， 而且给国民经济各部门带来的损失将更加严 重，在经济发达地区， 故障停电的经济损失是实时电价的数十倍， 乃至

7、上百倍， 至于导致人身伤亡、 设备损坏、 产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影 响，更是难以估量。因此，电气主接线必须保证供电可靠。电气主接线的可靠性不是绝对的。 同样形式的主接线对某些发电厂和变电 站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。 所以，在分析电气主接线的可靠性时， 要考虑发电厂和变电站在系统中的地位 和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。2.灵活性电气主接线应能适应各种运行状态， 并能灵活地进行运行方式的转换。 灵 活性包括以下几个方面：（1）操作的灵活性。 电气主接线应该在满足可靠性的条件下， 结线简单， 操作方便， 尽可

8、能地使操作步骤少， 以便运行人员掌握， 不致在操作过程中出 差错。（2）调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方 便地改变运行方式， 并且在发生故障时， 要能尽快的切除故障， 使停电时间最 短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。（3）扩建的方便。对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有 扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计时应留有发展扩建的余地。3.经济性在设计主接线时， 主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。 通常设计应 在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性从以下几个方面考虑：（1）节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当

9、采用限制短路电流的 措施，以节省开关电器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。（2）占地面积少。主接线设计要为配电布置节约土地的条件，尽可能使 占地面积少；同时要注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。（3）电能损耗少。在发电厂或变电站中，电能损耗主要来自变压器，应 经济合理地选择变压器的型式、 容量和台数， 尽量避免两次变压而增加电能损 耗。二、电气主接线设计原则电气主接线设计的基本原则是以下达的设汁任务书为依据， 以国家经济建 设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合实际情况，在保证供电可靠、 调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节约 投资，就近取材，

10、力争设备元件和设计的先进性和可靠性，坚持可靠、先进、 适用、经济、美观的原则。三、电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着发电厂或变电站的整体设计进行， 即按照工程基 本建设程序， 历经可行性研究阶段、 初步设计阶段、 技术设计阶段和施工设计 阶段等四个阶段。 在各阶段中随要求、 任务的不同，其深度、广度也有所差异， 但总的设计思路、方法和步骤基本相同。设计步骤和内容如下：1.对原始资料分析（1）工程情况，包括发电厂类型，设计规划容量，单机容量及台数，最 大负荷利用小时数及可能的运行方式等。（2）电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展规划，发电厂或变电 站在系统中的作用和地位。（3）负荷情

11、况，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回 路数及输送容量等。（4）环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地 质、海拔高度及地震等因素。（5）设备供货情况。这往往是设计能否成立的重要前提，为使设计的主 接线具有可行性， 必须对各主设备的性能、 制造能力和供应情况、 价格等资料 汇集分析比较。2.主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的要求， 在原始资料分析的基础上， 根据对电源和出线回 路数、电压等级、变压器台数、容量及母线结构等不同的考虑，可拟定若干个 主接线方案。 依据对主接线的要求， 从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方 案，最终保留 2-3 个技术上相当，又

12、能满足任务书要求的方案，再进行经济比 较。3.短路电流计算和主要电气设备选择4.绘制电气主接线图1.1.2电气主接线设计原则和程序一、单母线接线及单母线分段接线1.单母线接线 单母线接线的优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，母线便于 向两端延伸， 扩建方便。缺点：可靠性差， 母线或母线隔离开关检修或故障时， 所有回路都要停止工作。调度不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并 且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。所以，这种接线形式一般只用在出现回路少， 并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。2单母线分段接线这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站的 6-10KV接线中。由于这 种接线对

13、重要负荷必须采用两条出线供电， 大大增加了出线的数目，使整个系 统可靠性受到限制。在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予 采用。二、 双母线接线及双母线分段接线1双母线接线优点：供电可靠、调度灵活、扩建方便。广泛用于 6-10KV配电装置；35-60KV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110-220KV出线5 回及以上时。2双母线分段接线这种接线比双母接线增加了两台断路器， 投资增加，但有较高的可靠性和灵活性。三、 带旁路母线的单母线和双母线接线断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修。 为了能使采用单 母线分段或双母线的配电装置检修断路器时， 不致中断该回路供

14、电，可增设旁 路母线。通常，旁路母线有三种接线方式：有专用旁路断路器的旁路母线接线； 母 联断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线；用分段断路器兼作旁路断路器的旁 路母线接线。旁路母线接线方式，可靠性更高，采用母联断路器兼作旁路断路器的旁路 母线接线或用分段断路器兼作旁路断路器的旁路母线接线时，节省断路器的投 资，但倒闸操作复杂，降低可靠性。当 110KV出线6回以上、220KV出线在 4回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。1-四、 一台半断路器及 3台断路器接线多用于330KV及以上配电装置中，供电可靠，但投资很大。1.2电气主接线方案拟定结合原始资料，根据其要求初步拟定三种方案。1.

15、2.1方案一图i-i方案说明：11OKV侧出线输送容量76MW，其余容量经过联络变压器送 到系统，11OKV侧采用单母带旁路母线接线，330KV侧采用双母带旁路母线 接线。厂用电可从联络变压器取，也可以接至 330KV侧母线上。122方案二W 图1-2方案说明：110KV侧采用母联断路器兼作旁路断路器接线，供电可靠330KV侧采用双母带旁路母线接线方式，供电可靠，调度灵活。123方案三图1-3方案说明：110K V侧采用双母接线，以满足可靠性要求。124方案比较说明方案一 110KV侧采用单母带旁路母线接线，可靠性低；方案二由于采用 了，双母带旁路母线接线，可靠性提高，但采用了母联断路器兼作旁

16、路母线断 路器，增加了倒闸操作的复杂性，可靠性有所降低；方案三，采用双回路双母 接线以满足可靠性要求，而且操作方便，接线简单。125方案的确定通过比较，最终确定方案三比较合理，所以选择方案三作为主接线方式。第二章主要设备选择2.1导线的选择2.1.1110KV出线导线的选择2.1.2式(1.1 )由公式 Pmax3UIC0S根据额定载流量选取导线：由电气设计手册查得，选取标准导线截面 积LHBJ-300的额定载流量为465A456A。所以选择导线 LHBJ-300 (X=0.113Q /km)。2.1.3330KV出线导线的选择由式(1.1 )得根据额定载流量选取导线：由电气设计手册查得，选取

17、扩经导线LGKK-1400 的额定载流量为 1621A1447.1A。所以选择扩经导线 LGKK-1400 (X=0.02163Q /km)3.2变压器的选择3.2.1变压器容量和台数的选择一、单元接线的主变压器单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后， 留有 10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压 器，其容量亦应按单元接线的计算原则计算出的两台机容量之和来确定。二、具有发电机电压母线接线的主变压器 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑一下因素：1、当发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并 扣除厂用负荷后，主

18、变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送 入系统。2、当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷 变动而需要限制本厂出力时， 主变压器应能从电力系统倒送功率， 保证发电机 电压母线上最大负荷的需要。3、若发电机电压母线上接有 2 台及以上的主变压器时，当其中容量最大 的一台因故障退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的 70%以上。三、连接两种升高电压母线的联络变压器 联络变压器一般只设置一台， 最多不超过 2 台。联络变压器的容量选择应 考虑以下两点：1、联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同的运行方式下有功 功率和无功功率交换。2、联络变压器容量一般

19、不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容 量，以保证最大一台机组故障或检修时， 通过联络变压器来满足本侧负荷的要 求；同时，也可在线路检修或故障时， 通过联络变压器将容量送入另一侧系统。3.2.21B 变压器的选择1B 变压器低压侧电压 13.8KV ，高压侧电压 110KV ，采用单元接线， 发电 机容量200MW，所以选择西安变压器厂生产的型号 SSP-240000/11（型变压器主要参数：额定容量240000KVA高压侧121 土 2X 2.5%KV 低压侧13.8KV 联结组别 Y d11 空载损耗 141.4KW 负载损耗 681KW阻抗电压（ %）13.12 空载电流 0.4%3

20、.2.32B、3B和4B变压器的选择三个变压器环境相同，选择同一型号变压器，低压侧电压 13.8KV，高压侧电压330KV，采用单元接线发电机容量200MW，所以选择西安变压器厂生 产的型号SSP-240000/330型变压器。主要参数：额定容量 240000KVA 高压侧 363 2X 2.5%KV 低压侧 13.8KV 联结组别 Y d11 空载损耗 161.4KW 负载损耗 799KW 阻抗电压（ %）14.5 空载电流 0.19%2.2.35B 联络变压器的选择联络变压器高压侧电压 330KV，中压侧电压110KV，低压侧电压10.5KV， 传输容量124MW，所以选择型号0SSP2-

21、180000/330型变压器。主要参数：额定容量 180000KVA高压侧 363KV 中压侧 121 6X 1.67%KV 低压侧 10.5KV联结组别 YN a0 d11 空载损耗 105.5KW负载损耗 高中 474KW 中低 50.24KW 高低 47.5KW阻抗电压（ %） 高中 9.32 中低 14.85 高低 25空载电流 0.18%3.3给定发电机根据原始资料，容量为 200MW ，出口电压 13.8KV ，东方电机厂生产的型号 SF200-56/12800型水轮发电机。主要参数：额定功率200MW额定转速 107.1r/min飞逸转速227r/min相数 3功率因数0.875

22、额定电压 13.8KV额定电流 9560AXd 1.0897 Xd 0.3167 X d 0.21第三章 短路电流的计算3.1短路电流计算的目的、步骤和规定3.1.1短路电流计算的目的1.电气主接线的比较与选择2.选择断路器汇流母线等电气设备，并对这些设备提出技术要求3.为继电器保护的设计以及调试提供依据4.评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施5.分析计算送电线路对通讯设施的影响3.1.2短路电流计算的规定1.计算的基本情况(1)系统中所有电源均在额定负荷下运行(2)所有同步电机都自动调整励磁装置(3)短路的所有电源电动势相位相同2.接线方式 计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大

23、短路电流的正常接线 式。3.短路种类 一般按三相短路计算。4.短路计算点 一般选取母线为短路计算点。3.1.3短路电流计算的步骤1选择短路点2绘出等值网络，并将各元件电抗统一编号3化简等值网络，求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗4求计算电抗Xjs5由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值6计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值7计算短路电流周期分量有名值8计算短路电流的周期分量3.2短路电流的计算3.2.1等值网络的绘制和短路点选择322网络参数的计算短路电流的计算采用标幺值进行近似计算，取统一基准容 SB =100MVA将各级电压的平均额定电压取为基准电压，即 U

24、B二Uv3.2.3短路电流的计算图3-1各参数计算如下：Xi100”0.21 丽而T0.092X513.12 1000.055100 240X914.5 100=片0 = x 0.06100 240X6X7X8丄(9.32 14.85 - 25) 100 = -0.002 200 1801 (9.32 -14.85 25) 100 = 0.0541809.32 14.85 25)100 = 0.085200 180100 100=lr 2 = 20 0.113 2 =0.0171152 11522001X13= 180 0.02163= 0.02934521.di点短路，其等值电路图见图3-2

25、1207G1图3-2 di点短路等值电路图化简得到图3-3，如下:50,055092cG1s0.092G1图3-3其中:X14 = X7 X6 二 0.0520 152知十2 X9)/ (X3 Xio) / (X4 Xl1= 0.0510.1527.051X17 =0.052 0.051 0.190.0291 1 1Y 73.180.017 0.11 0.19C 二 Y x5 =4.02x18 = x12 C = 0.07x19 = x16 C = 0.44x20 = x17 C = 0.76计算电抗:s1:Xjs =0.07s2:xj/ -0.44Sn 200G1:xjs =x1 业二 0.

26、092 0.21j Sb 87.5* SN 3沃200 厂G: xis = x20 =0.76 5.21js 20 SB 87.5短路电流标幺值:* 1s1:l 14.290.07* 1 s2: I 2.270.44* 1G: I 0.1925.21G1:10.2= 3.65,14 = 3.45归算到13.8K V侧短路电流周期分量= 14.29 10 = 59.7KA3Un 3 13.8s2: I I *=2.27 4.18 749KA 3UnG : I =3 200= 0.19 乂 = 5.45KA3Un 3 0.875 13.8G1;1。，1*= 5.1 疋 200 = 48.73KA、

27、3Un -3 0.875 13.810.06= 38.25 KA10./ = 36.328 KAl.2 = 34.89KAl4=32.982KA2.d2点短路，其等值电路图见图3-4csl/7 /G1其中：x21 =捲 雄二 0.092 0.055 二 0.147化简得到图3-5，如下:计算电抗：si: Xjs 二 0.017s2:Xjs =0.11* SN 200G1: Xjs =捲 N =0.147 0.336j Sb 87.5 + SN 3200G : Xjs = x20 = 0.19 1.303js 20 Sb 87.5短路电流标幺值：* 1 s1: I 58.80.017* 1 s2

28、: I 9.090.11G1:* * *10 3.36, 10.06 2.9, 10.1 2.810.2= 2.72, 14 2.9G:I。* =0.793,1o.o6* =0.768,1 o.1* =0.756,I o.2 =0.74,14 =0.836归算到110KV侧短路电流周期分量G；l.06 = 2.68KAI0.12.6KAlo.2,2.55KAl4 = 2.88KAs1: I = 1 *s2:1 = I *Sn 100n 58.8 29.5KA3Un 3 115Sn 100n 9.09 3.6KAG1;d2点短路电流：I。，33.1 3.86 2.7 -39.66KAIo.06=

29、33.1 +3.33+2.68 = 39.11KAI0133.1 3.22 2.6 =38.92KA10.2 = 33.1 + 3.13 + 2.6 = 39.31KAl4,33.1 3.33 2.88 = 39.31KA3Un 3 1153.d3点短路，其等值电路图见图3-6cSlG1图 3-6 d3点短路等值电路图230.075130.02150.051OG1图3-70.017 0.052X23 =0.017 0.052 0.0750.147丄 丄 0.147 汇 0.052x22 =0.147 0.052 0.6490.017计算电抗：si: Xjs 二 0.075s2:Xjs =0.029* SN 200G1: Xjs 乜2=0.649 1.48j SB 87.5屮 SN 3汇200G :x.s 二捲5 N =0.051 0.35j SB 87.5短路电流标幺值:* 1= 13.3s1: I1 =0.075s2:1二 34.480.029G1:叮=0.72,l.o=0.76,1。=0.71,I o.2 =0.63,14 =0.64G:= 3.2,Ioq6 =2.8, I。=2.7,I o.2 =2.64,14 =2.2归算到330KV侧短路电流周期分量G；10.06, 3.217KAI